เทคโนโลยีแม่พิมพ์ Moulding Technology ตอน 5

บทความชุดนี้เขียนไป 4 ตอนแล้ว ใน 4 ตอนแรกได้พูดถึง แม่พิมพ์ประเภทต่างๆ, การออกแบบผลิตภัณฑ์, การสร้างต้นแบบหรือ prototype, การออกแบบแม่พิมพ์, ขั้นตอนในการสร้างแม่พิมพ์, วัสดุที่ใช้ในการทำแม่พิมพ์ และประเภทของเหล็กในงานแม่พิมพ์ วันนี้จะมาพูดถึงคุณสมบัติของเหล็กที่ต้องการในงานแม่พิมพ์ และเครื่องจักรกลเครื่องมือรวมไปถึงซอฟแวร์ที่ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์

คุณสมบัติของเหล็กที่ต้องการสำหรับงานแม่พิมพ์

กระบวนการ คุณสมบัติที่ต้องการ
งานฉีดหล่อ (Die casting) รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal shock) ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง การบิดเบี้ยวต่ำ ความสามารถในการกลึงไสสูง ความแน่นอนของขนาดภายหลังการชุบแข็ง
แม่พิมพ์สำหรับพลาสติกและยาง (Plastic mould and Rubber mould) ความต้านทานแรงอัด ความแข็งที่ผิวสูง ความแข็งแรงที่แกนสูง ความสามารถในการกลึงไส ความแน่นอนของขนาดภายหลังการชุบแข็ง ความสามารถในการขัดผิวให้เรียบ ความต้านทานการกัดกร่อนที่ผิว (เฉพาะกรณีที่ใช้งานในสภาวะที่มีกัดกร่อนสูง)
งานตีขึ้นรูปร้อน (Hot forging) ความเหนียว รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal shock) ทนการสึกหรอ
งานรีดขึ้นรูปร้อน (Hot extrusion) ความเหนียว รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal shock) ทนการสึกหรอ
งานทุบหัวเย็น (Cold heading) ความเหนียว ความแข็ง ทนการสึกหรอ รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง จากการแปรรูป ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง
หัวกดรีดขึ้นรูปเย็น (Cold extrusion punch) ความแข็ง ทนการสึกหรอ ทนการเสียดสี รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (ถ้ามีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง) ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูงจากการแปรรูป
แม่พิมพ์รีดขึ้นรูปเย็น (Cold extrusion die) ความเหนียว ทนการสึกหรอ
งานตัดโลหะร้อน (Hot shearing) ความเหนียว สามารถรักษาคมตัดได้ดี รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง สามารถรับแรงกระแทกซ้ำๆได้ ทนการสึกหรอ ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal shock)
งานตัดโลหะเย็น (Cold shearing) ความแข็ง ความเหนียว สามารถรักษาคมตัดได้ดี สามารถรับแรงกระแทกซ้ำๆ ได้
แม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปลึก (Deep draw die) ความแข็ง ความเหนียว ทนต่อการสึกหรอ

เครื่อง NC และ CNC (Numerical Control and Computerized Numerical Control)

เป็นเครื่องจักรที่ถูกควบคุมการทำงานด้วยอนุกรมของรหัสควบคุมเครื่อง รหัสประกอบไปด้วยตัวเลข ตัวอักษร และสัญลักษณ์อื่นๆ รหัสเหล่านี้จะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าแล้วส่งไปกระตุ้นให้มอเตอร์และอุปกรณ์ต่างๆของเครื่องจักรทำงานในลักษณะของการเคลื่อนที่และการปรับเปลี่ยนอัตราเร็วในการเคลื่อนที่รวมถึงการทำงานอื่นๆ ด้วย อนุกรมรหัสป้อนเข้าเครื่องจักรเพื่อควบคุมเครื่องจักรให้ผลิตชิ้นงานตามที่ต้องการเรียกว่าโปรแกรมชิ้นงาน (Part Program of Work Piece Program) ความยาวของโปรแกรมจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของชิ้นงานว่ามีความซับซ้อนของรูปร่างมากน้อยเพียงใด

cnc-seminar-7-638

(http://image.slidesharecdn.com/cncseminar-121020053500-phpapp01/95/cnc-seminar-7-638.jpg?cb=1354495027)

อุปกรณ์ที่เป็นตัวเชื่อมระหว่างโปรแกรมชิ้นงานกับเครื่องจักรเรียกว่า NC Unit ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเครื่องจักรนั้นๆ และถ้าเครื่องจักร NC มีคอมพิวเตอร์ประกอบเข้าไปเพื่อเพิ่มสมรรถนะของเครื่องจักรขึ้นอีก ไม่ว่าจะเป็นด้านการเขียน และตรวจสอบโปรแกรมให้ง่ายขึ้นเร็วขึ้น การป้อนโปรแกรมและการติดต่อกับเครื่องที่สะดวกขึ้น และการควบคุมเครื่องโดยผู้ปฏิบัติงานกับเครื่องที่ง่ายขึ้นเหล่านี้ เครื่องจักรนั้นๆ จะเรียกว่าเครื่องจักร CNC

SHL-CNC-Machining-Axis-CNC-Machines

(http://image.johoo777.com/images/capabilities/SHL-CNC-Machining-Axis-CNC-Machines.jpg)

ปัจจุบันได้มีการพัฒนา เครื่องจักร CNC ให้มีสมรรถนะในการทำงานที่มีความเร็วในการตัดเฉือนเพื่อขึ้นรูปชิ้นงาน ที่เรียกว่า เครื่องจักร High Speed Machining มาใช้ในการสร้างแม่พิมพ์ ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่นำมาใช้กับเหล็กที่มีความแข็ง 60-63 HRc ที่ต้องอาศัยเครื่องมือตัดและชุดจับยึดเครื่องมือตัดให้เหมาะสมกับแต่ละขั้นตอนการผลิต เพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่มีคุณภาพ นอกจากนี้การเลือกแบบการเดินของเครื่องมือตัด (Tool path) ข้อมูลการตัด และวิธีการตัด ก็เป็นปัจจัยที่สำคัญที่ทำให้การผลิตมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ทำให้เกิดการใช้ เครื่องจักร High Speed Machining ในงานทำแม่พิมพ์อย่างแพร่หลาย โดยมีจุดประสงค์เพื่อลดต้นทุนการผลิตโดยเฉพาะในงานเก็บผิวงานละเอียดขั้นสุดท้าย ของชิ้นงานที่มีผ่านขบวนการชุบแข็งมาแล้ว ทำให้ประหยัดแรงงานในงานขัดด้วยมือและเวลาประกอบแม่พิมพ์ให้น้อยลง

ข้อดีของการใช้ เครื่องจักร High Speed Machining

  • เครื่องจักร High Speed Machining จะใช้ความลึกไม่มากนัก ทำให้เวลาที่คมตัดตัดเฉือนชิ้นงานสั้น ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ที่รวดเร็ว ความร้อนจึงไม่สามารถสะสมบนเครื่องมือตัด ทำให้เครื่องมือตัดมีอายุการใช้งานที่นานขึ้น
  • เครื่องจักร High Speed Machining จะใช้แรงในการตัดต่ำทำให้เครื่องมือตัดเบี่ยงเบนน้อยหรือคงที่ ก่อให้เกิดประสิทธิภาพในการผลิต เนื่องจากลักษณะเฉพาะในการตัดตื้นของ เครื่องจักร High Speed Machining ทำให้แรงในการตัดในแนวรัศมีต่อเครื่องมือตัดและ Spindle ต่ำ ทำให้ลูกปืน Spindle ปลอดภัย รวมทั้ง Guide-way และลูกปืนของโต๊ะทำงานเครื่องจักรมีผลกระทบต่อ Spindle น้อยและมีอายุการใช้งานมากขึ้น ลดการสั่นสะท้านในระหว่างการตัด ขบวนการผลิตที่ต้องการประสิทธิภาพในการผลิตชิ้นงานขนาดเล็ก งานละเอียด จะมีความคุ้มค่า ประหยัด สามารถลดเวลาในการขัดผิวงานสำร็จ

ข้อเสียของการใช้ เครื่องจักร High Speed Machining

  • ต้องใช้อัตราเร่งและอัตราหน่วงที่สูงกว่า ส่งผลให้เพลาหมุนเริ่มทำงานและหยุดอย่างรวดเร็วตลอดเวลา ดังนั้นการสึกหรอของชิ้นส่วนและอุปกรณ์จะมีมากขึ้น ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงสูงขึ้น
  • หาบุคลากรที่มีความสามารถในการใช้เครื่องจักรได้ยาก
  • ต้องการการวางแผนและวิธีการในการทำงานที่ดี เพื่อให้เครื่องจักรทำงานได้อย่างรวดเร็ว

เครื่องกัดโลหะด้วยไฟฟ้า (Electrical Discharge Machining)

edm-process

(http://www.mechanicaldesignforum.com/attachment.php?attachmentid=86&d=1392037548)

ใช้ในงานผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนที่ทำด้วยวิธีการตัดเฉือนทั่วไปได้ยาก สามารถตัดเฉือนชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งมาแล้ว ใช้ผลิตส่วนเบ้าของแม่พิมพ์ การตัดเฉือนโลหะจะใช้การกัดเซาะทางไฟฟ้ามีอิเล็กโทรดเป็นตัวนำไฟฟ้า ข้อเสียคือ ในงานที่ต้องการความละเอียดจะต้องใช้ตัวอิเล็กโทรดหลายอัน และงานที่ซับซ้อนจะมีค่าใช้จ่ายในการผลิตสูง

เครื่องตัดโลหะด้วยไฟฟ้า (Wire Cutting Machine)

WEDM_process

(http://www.mechanicaldesignforum.com/forum/images/kb/WEDM/WEDM_process.gif)

จัดเป็นเครื่องจักรประเภทเดียวกับเครื่อง EDM แต่เปลี่ยนจากการใช้ อิเล็กโทรดเป็นตัวตัดเฉือนชิ้นงานมาใช้ลวดทองเหลืองเป็นตัวตัดให้ได้รูปร่างตามต้องการในแนวตั้ง เครื่อง Wire cut เป็นเครื่องที่ตัดงานด้วยความเที่ยงตรงขนาดสูงมาก สามารถควบคุมขนาดได้เล็กกว่า 5 ไมครอน เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูงในการทำชิ้นงานจึงเหมาะกับงานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง